移动通信技术基础

移动通信技术基础 主讲人：王淑君 2007年3月

主要内容 第一部分历史回顾第二部分移动通信概述第三部分数字移动通信的相关技术第四部分典型的移动通信系统简介第五部分下一代网络（NGN）和无线移动互联网（WMI）的发展将改变人类生活和工作方式

第四部分典型的移动通信系统 一、蜂窝移动通信系统（重点）转二、无线市话系统转三、其它移动通信系统转

第四部分典型的移动通信系统 一、蜂窝移动通信系统

4.1蜂窝移动通信系统 主要内容 • 4.1.1 GSM数字蜂窝移动通信系统转 • 4.1.2 CDMA数字蜂窝移动通信转 • 4.1.3 第三代移动通信系统转

4.1.1 GSM数字蜂窝移动通信系统 1.GSM系统结构 2. GSM编号 3.GSM的频率配置 4.GSM的多址方式 5.GSM移动台 6.GSM的呼叫 7.用户识别卡（SIM卡）

1.GSM系统结构(四部分) GSM系统主要由移动台(MS)、移动网子系统(NSS)和基站子系统(BSS)和操作支持子系统（OSS）四部分组成,看下图: GSM系统结构

1.GSM系统结构（四部分） 1)移动台(MS): 移动台是公用GSM移动通信网中移动用户使用的设备，也是用户能够直接接触的整个GSM系统中的唯一设备,它可以为车载型、便携型和手持型。 2)移动网子系统（NSS）: 移动网子系统又称交换子系统，主要完成GSM系统的交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM移动用户之间通信和GSM移动用户与其它通信网用户之间通信起着管理作用

1.GSM系统结构 3)基站子系统(BSS) 是在一定的无线覆盖区域中由MSC控制并与MS进行通信的系统设备。它主要负责无线发送、接收和无线资源管理等功能。基站子系统是由基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)这两部分的功能实体构成。

1.GSM系统结构 4) 操作支持子系统（OSS）操作支持子系统（OSS）需要完成许多任务，包括移动用户管理、移动设备管理以及网路操作与维护。主要包括网路管理中心(NMC)、安全性管理中心(SEMC)、用于用户识别卡管理的个人化中心(PCS)、用于集中计费管理的数据后处理系统(DPPS)等功能实体。

国家码 （CC）国内目的地码（NDC）用户号码（SN） 2.GSM编号 1)移动台国际ISDN号码 (MSISDN) MSISDN号码是指主叫用户为呼叫公用数字蜂窝移动通信网GSM系统中一个移动用户所需拨的号码。一个移动台可分配一个或多个MSISDN号码，一个MSISDN号码总长不超过15位数字。其号码组成如下 CC即移动台注册登记的国家码，中国为86。 NDC和SN两部分构成移动台国内有效ISDN号码，用11位数字的等长号码表示。 NDC包括数字蜂窝移动业务接入号和HLR识别号（H0H1 H2 H3 ）。

移动用户国家码 （MCC）移动网号（MNC）移动用户识别码（MSIN） 2.GSM编号 2)国际移动用户识别码(IMSI) 为了在整个GSM移动通信网中正确识别某个移动用户，就必须给移动用户分配一个特定的识别码，这个识别码称为国际移动用户识别码(IMSI)，也称为国际移动用户身份码（它不是呼叫号码），存储在用户识别卡(SIM)、HLR、VLR中。

2 .GSM编号 3)临时移动用户识别码(TMSI) 为了对移动用户识别码保密， MSC/VLR可给每个来访的移动用户分配一个临时移动用户识别码（TMSI）（仅限在本MSC/VLR业务区内使用），每个移动用户的IMSI和TMSI可按一定算法转换。 4)移动用户漫游号码 (MSRN) 当移动用户漫游到一个新的业务区后，为使GSM移动通信网路能再进行路由选择，而给该用户分配一个临时性的移动用户漫游号码(MSRN)

TAC（6个数字） 移动用户国家码（MCC） FAC（2个数字）移动网号（MNC） SNR（6个数字）位置区号码（LAC） SP（1个数字） 2.GSM编号 5)国际移动台设备识别码（IMEI） IMEI唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备，为一个15位的十进制数字。 6) 位置区识别码(LAI)

MCC NCC（3bit） MNC BCC（3bit） LAC CI 2.GSM编号 7)全球小区识别码 (CGI) 8) 位置基地站识别码 (BSIC)

2.GSM编号 9)MSC/VLR号码是在No.7信令消息中使用的代表MSC的号码，“中国电信”GSM PLMN网中的MSC/VLR号码结构为用户号码为全0的MSRN号码。 10) HLR号码 HLR号码是在No.7信令消息中使用的代表HLR的号码，“中国电信”GSM PLMN网中的HLR号码结构是用户号码为全0的MSISDN号码。 11) HLR号码切换号码 (HON)是指当进行移动交换局间越局切换时，为选择路由，由目标MSC(即要求切换到的MSC)临时给移动用户分配的一个号码。

3.GSM的频率配置 GSM系统采用蜂窝小区结构，属于TDMA/FDMA系统。有两个工作频段：一个是900MHZ 一个是1800MHZ。

3.GSM的频率配置 ☆工作频带和载频间隔

3.GSM的频率配置 ☆频道编号 fL（n）= 890MHz + 0.2n MHz （下频段） fH（n）= fL（n）+ 45MHz （上频段）上式中n=1～124，n值称为绝对射频信道号码

规定 GSM900系统使用的频段为： 890~915MHZ（上行） 935~960MHZ（下行）每个射频信道带宽为200KHZ 每个信道分成8个时隙计算得出收发频差为 935-890=45MHZ 带宽为 915-890=25MHZ 载频信道数为 25 MHZ/200KHZ=125个最大可用时隙信道数为 8*125=1000

GSM系统中频道的分配 在无线通信中，每个射频信道由一个上行（移动台发，基站收）和一个下行（移动台收，基站发）频率对组成，这种方式称为频分双工（FDD）。 GSM系统采用等间隔频道配置，其频道号(n)和标称中心频率的关系是： f1(n)=890.200MHZ+(n-1)0.200MHZ f2(n)=f1(n)+45MHZ f1(n)为频道数为n的上行频道中心频率 f2(n)为频道数为n的下行频道中心频率由此可见，实际上25 MHZ的带宽不能设置125个频道，只能设置124个频道。

GSM系统中时隙的分配 • GSM将每一个无线信道分成8个不同时隙，每个时隙支持一个用户（时分多址的目的），这样一个无线信道支持8个用户。 • 每个用户被安排在无线信道的一个时隙中并只能在该时隙发送。 • 时隙从0~7编码； • 相同频率的8个时隙被称为一个TDMA帧。 • 用户在某一时隙发送被称为突发时隙burst。一个突发时隙长度为577us，一帧为4.615ms。

若用户在上行频率的0时隙发送，则将在下行频率的0时隙接收。若用户在上行频率的0时隙发送，则将在下行频率的0时隙接收。 • 时隙0的上行发射出现在接收下行时隙的3个时隙（时间）之后（画图分析），这样带来的好处是移动台不需要双工器，使手机更轻，功耗低，制造价格便宜。动画演示

GSM系统的三种频段制式比较 • 分GSM900、DCS1800和PCN1900三个频段； • 一般的所谓的双频手机就是在GSM900和DCS1800频段切换的手机。 • PCN1900则是别的一些国家使用的频段(如美国)。 • DCS1800采用微蜂窝，它除了使用1800MHz频率外和GSM系统完全相同。 • GSM900的手机最大功率是8W（实际中移动台没这么大的功率，一般的手机最大功率是2W，车载台功率大），而DCS1800的手机的最大功率是1W。

GSM系统的三种频段制式比较

我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率我国无线电委员会分配给蜂窝移动通信系统的频率

GSM900系统和DCS1800系统的移动台功率等级 由表可见，与GSM900系统相比，DCS1800系统具有较小的移动台功率等级。原因：在1800MHz频段，DCS1800系统(2Km)的小区尺寸比GSM900系统(35Km)的要小，小区尺寸减少，因而MS离小区基站更近了，意味着MS的发射功率可减少。

基站的功率等级 基站的配置与应用有关，一些基站在野外使用，则必须考虑环境和机械强度。如一年的天气变化等。另一些在室内用，审美更重要，尺寸要小。基站的天线可设置成扇行或全向的。

4.GSM的多址方式 GSM无线接口的TDMA/FDMA混合多址方式示意图

移动台的电原理图 5GSM移动台 ☆移动台的组成

发射过程 ☆移动台工作原理接收过程 5GSM移动台

5GSM移动台 ☆GSM手机接收机电路结构及工作原理 GSM手机接收机电路通常采用超外差接收机。手机接收机有三种基本的框架结构：一是超外差一次变频接收电路；二是超外差二次变频接收电路；三是直接变频式线性接收电路。

5.GSM移动台：　　 ☆接收机---超外差一次变频接收电路

5.GSM移动台　　 ☆接收机---超外差二次变频接收电路

5.GSM移动台　　 ☆接收机---直接变频线性接收机

5.GSM移动台　　 ☆发射机---带发射变换模块的发射机电路结构

5.GSM移动台　　 ☆发射机---带发射上变频器的发射机电路结构

5.GSM移动台：　　 ☆发射机---直接变频发射机电路结构

6.GSM的呼叫处理 • 固定用户至移动用户的入局呼叫 • 移动用户至固定用户的出局呼叫 • 移动用户至移动用户的呼叫

GMSC 网关移动交换中心 LS 市话局固定用户呼叫本地MS 固定用户呼叫本地MS，根据移动业务接入号（139、138、131、130等），将呼叫就近接入当地的一个数字GMSC，GMSC分析HLR识别号（H1H2H3），如果是本地HLR，则通过NO.7信令网，从HLR得到目前MS路由信息（MSRN），在移动网中寻找路由，进行接续。若是外地HLR，则不予接续。

MSC GMSC 网关移动交换中心 TS 长途局 LS 市话局固定用户呼叫外地MS（当地有MSC）当固定用户呼叫外地用户时，若当地有MSC，则将呼叫接至长途局转至当地MSC或根据移动业务接入号就近接入当地MSC，当地MSC（GMSC）分析HLR识别号，找出被叫MS的HLR信息，通过No.7信令网，从HLR得到该MS目前位置信息（MSRN），在移动网中寻找路由，进行接续。

TS LS MSC GMSC TS 固定用户呼叫外地MS（当地没有MSC）当地没有MSC时，则将呼叫接至长途局，长途局就近接入一个GMSC，由GMSC分析HLR的识别号，找出被叫MS的HLR地址信息，通过No.7信令网，从HLR得到该MS目前位置信息（MSRN），在移动网中寻找路由，进行接续。

MSC LS MS呼叫当地固定用户 MS呼叫MSC所在地的固定用户，始呼MSC分析此号码，如果与MSC所在地的号码相同，则经MSC至当地LS，接至固定用户。

TS MSC TS LS MS呼叫外地固定用户当MS呼叫外地用户时，始呼MSC分析此号码，如与MSC所在地的号码不同，则接至长途局，由PSTN进行接续。

MS呼叫MS 由始发MSC（GMSC），查询被叫MS路由信息（MSRN），在移动网中选路由。

区别HLR与VLR 的不同作用 • HLR Home location register归属位置寄存器 • 在MSC中有所有的用户数据库存在于HLR。HLR中有永久用户数据库。 • 用户发出呼叫时，MSC从HLR之中获得用户数据。是用户核心数据库，大部分在SIM卡中的数据都可以在HLR中获得。 • VLR visiting location register 访问位置寄存器 • 在VLR中有被激活的所有的用户号码。 • 当别的MSC中的用户漫游到新的MSC时，MSC和HLR之间通信，新的MSC就将漫游的用户注册到它的VLR中。

7.用户识别卡（SIM卡） 移动电话机与SIM卡共同构成移动通信终端设备。无论是GSM系统还是CDMA系统，数字移动电话机用户在“入网”时会得到一张SIM卡。 SIM卡是（Subscriber Identity Model 客户识别模块）的缩写，也称为智能卡、用户身份识别卡。 GSM数字移动电话机必须装上此卡方能使用。

SIM卡的作用 • SIM卡就是一个在内部包含有大规模集成电路的卡片，卡片内部存储了数字移动电话客户的信息、加密密钥等内容，它可供GSM网络对客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。 • SIM卡的制作是严格按照GSM国际标准和规范来完成的，它使客户的正常通信得到了可靠的保障。 • 在没有安装SIM卡的情况下，我们仅仅只能拨打像119、112这种紧急电话的号码。

SIM卡在GSM系统中的应用，使得卡和手机分离，一张SIM卡唯一标识一个客户。SIM卡在GSM系统中的应用，使得卡和手机分离，一张SIM卡唯一标识一个客户。 • 一张SIM卡可以插入任何一部GSM手机中使用，而使用手机所产生的通信费用则自动记录在该SIM卡所唯一标识的客户的帐户上。

SIM卡内部的数据 以目前的情况来看，SIM卡能够存储的数据类型主要被分为以下四种： 2.存储手机的固定信息，手机在出售之前都会被SIM卡中心记录到SIM卡当中，主要包括鉴权和加密信息、国际移动用户识别码（IMSI）及其生成算法（均为128位） 1.由SIM卡生产厂商存入的系统原始数据 4.有关于网络方面的数据，用户在用卡过程中自动存入和更新的网络接续和用户信息类数据，不过这种数据的存放是暂时性的。 3.用户自己存入的数据，如短消息、固定拨号、缩位拨号、性能参数、话费记数等；能够存储有关的电话号码，也就是具备电话簿功能。

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